Das Ziel der Studie, Psyche, ist das Ziel eines Kommenden NASA Mission.
Eine genaue Untersuchung der Millimeterwellen-Emissionen des Asteroiden Psyche, den die NASA 2026 besuchen will, hat die erste Temperaturkarte des Objekts erstellt, die neue Erkenntnisse über seine Oberflächeneigenschaften liefert. Die Ergebnisse, beschrieben in einem Papier veröffentlicht in Planetary Science Journal (PSJ) am 5. August 2021, sind ein Schritt zur Lösung des Rätsels um den Ursprung dieses ungewöhnlichen Objekts, das von manchen für ein Kernstück eines unglückseligen Protoplaneten gehalten wurde.
Psyche umkreist die Sonne im Asteroidengürtel, einer ringförmigen Region des Weltraums zwischen Erde und Jupiter das mehr als eine Million Gesteinskörper mit einem Durchmesser von 10 Metern bis 946 Kilometern enthält.
Das Konzept dieses Künstlers zeigt den Asteroiden Psyche, das Ziel der Psyche-Mission der NASA. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/ASU
Mit einem Durchmesser von mehr als 200 km ist Psyche der größte der M-Typ-Asteroiden, einer rätselhaften Klasse von Asteroiden, von denen angenommen wird, dass sie reich an Metallen sind und daher möglicherweise Fragmente der Kerne von Protoplaneten sind, die als aufgelöst wurden das Sonnensystem entstand.
„Das frühe Sonnensystem war ein gewalttätiger Ort, als planetarische Körper verschmolzen und dann miteinander kollidierten, während sie sich auf Umlaufbahnen um die Sonne niederließen“, sagt Katherine de Kleer vom Caltech, Assistenzprofessorin für Planetenwissenschaft und Astronomie und Hauptautorin der PSJ Artikel. „Wir glauben, dass Fragmente der Kerne, Mäntel und Krusten dieser Objekte heute in Form von Asteroiden übrig sind. Wenn das stimmt, haben wir die einzige wirkliche Möglichkeit, die Kerne planetenähnlicher Objekte direkt zu untersuchen.“
Katharina de Kleer. Bildnachweis: Caltech
Die Untersuchung solch relativ winziger Objekte, die so weit von der Erde entfernt sind (Psyche driftet in einer Entfernung zwischen 179.5 und 329 Millionen km von der Erde), stellt Planetenwissenschaftler vor eine große Herausforderung, weshalb die NASA plant, eine Sonde zur Untersuchung nach Psyche zu schicken es aus der Nähe. Thermische Beobachtungen von der Erde – die das von einem Objekt selbst emittierte Licht messen und nicht das von diesem Objekt reflektierte Licht der Sonne – sind in der Regel in Infrarotwellenlängen und können nur 1-Pixel-Bilder von Asteroiden erzeugen. Dieses eine Pixel enthüllt jedoch viele Informationen; Beispielsweise kann damit die thermische Trägheit des Asteroiden untersucht werden oder wie schnell er sich im Sonnenlicht aufheizt und im Dunkeln abkühlt.
„Eine geringe thermische Trägheit wird typischerweise mit Staubschichten in Verbindung gebracht, während eine hohe thermische Trägheit auf Felsen an der Oberfläche hindeuten kann“, sagt Saverio Cambioni vom Caltech, Postdoktorand für Planetenwissenschaften und Mitautor des PSJ Artikel. „Allerdings ist es schwierig, einen Landschaftstyp vom anderen zu unterscheiden.“ Daten aus der Betrachtung jeder Oberflächenposition zu vielen Tageszeiten liefern viel mehr Details, was zu einer Interpretation führt, die weniger Zweideutigkeiten unterliegt und eine zuverlässigere Vorhersage des Landschaftstyps vor der Ankunft eines Raumfahrzeugs ermöglicht.
De Kleer und Cambioni nutzten zusammen mit Co-Autor Michael Shepard von der Bloomsburg University in Pennsylvania das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile, das 2013 voll funktionsfähig wurde, um solche Daten zu erhalten. Die Anordnung von 66 Radioteleskopen ermöglichte es dem Team, die thermischen Emissionen von der gesamten Oberfläche von Psyche mit einer Auflösung von 30 km (wobei jedes Pixel 30 km mal 30 km groß ist) zu kartieren und ein Bild des Asteroiden zu erzeugen, das aus etwa 50 Pixeln besteht.
Dies war möglich, weil ALMA Psyche bei Millimeterwellenlängen beobachtete, die länger sind (im Bereich von 1 bis 10 Millimetern) als die Infrarotwellenlängen (typischerweise zwischen 5 und 30 Mikrometer). Die Verwendung längerer Wellenlängen ermöglichte es den Forschern, die von den 66 Teleskopen gesammelten Daten zu kombinieren, um ein viel größeres effektives Teleskop zu schaffen; Je größer ein Teleskop ist, desto höher ist die Auflösung der Bilder, die es erzeugt.
Emissionen im Millimeterwellenbereich zeigen die Temperatur des Asteroiden Psyche, während er durch den Weltraum rotiert. Bildnachweis: Caltech
Die Studie bestätigte, dass die thermische Trägheit von Psyche im Vergleich zu der eines typischen Asteroiden hoch ist, was darauf hindeutet, dass Psyche eine ungewöhnlich dichte oder leitfähige Oberfläche hat. Als de Kleer, Cambioni und Shepard die Daten analysierten, fanden sie auch heraus, dass die thermische Emission von Psyche – die Menge an Wärme, die es abstrahlt – nur 60 Prozent dessen beträgt, was man von einer typischen Oberfläche mit dieser thermischen Trägheit erwarten würde. Da die Oberflächenemission durch das Vorhandensein von Metall auf der Oberfläche beeinflusst wird, deuten ihre Ergebnisse darauf hin, dass die Oberfläche von Psyche nicht weniger als 30 Prozent aus Metall besteht. Eine Analyse der Polarisation der Emission half den Forschern dabei, grob zu bestimmen, welche Form dieses Metall annimmt. Eine glatte feste Oberfläche strahlt gut organisiertes polarisiertes Licht aus; Das von Psyche ausgestrahlte Licht war jedoch gestreut, was darauf hindeutet, dass die Felsen an der Oberfläche mit metallischen Körnern übersät sind.
„Wir wissen seit vielen Jahren, dass es sich bei Objekten dieser Klasse nicht um massives Metall handelt, aber was sie sind und wie sie geformt wurden, ist noch immer ein Rätsel“, sagt de Kleer. Die Ergebnisse bestärken alternative Vorschläge für die Oberflächenzusammensetzung von Psyche, einschließlich der Tatsache, dass Psyche ein primitiver Asteroid sein könnte, der sich näher an der Sonne als heute gebildet hat, anstatt eines Kerns eines fragmentierten Protoplaneten.
Die in dieser Studie beschriebenen Techniken bieten eine neue Perspektive auf die Zusammensetzung von Asteroidenoberflächen. Das Team erweitert nun seinen Anwendungsbereich, um diese Techniken auf andere große Objekte im Asteroidengürtel anzuwenden.
Die Studie wurde durch ein verwandtes Projekt des Teams unter der Leitung von Michael Shepard von der Bloomsburg University ermöglicht, das die Daten von de Kleer in Kombination mit Daten von anderen Teleskopen, darunter dem Arecibo-Observatorium in Puerto Rico, nutzte, um die Größe, Form und Ausrichtung von Psyche zu bestimmen . Dadurch konnten die Forscher feststellen, welche Pixel, die erfasst wurden, tatsächlich die Oberfläche des Asteroiden darstellten. Shepards Team sollte Psyche Ende 2020 erneut beobachten, aber Schäden durch Kabelausfälle schalteten das Teleskop ab, bevor die Beobachtungen durchgeführt werden konnten.
Referenz: „The Surface of (16) Psyche from Thermal Emission and Polarization Mapping“ von Katherine de Kleer, Saverio Cambioni und Michael Shepard, 5. August 2021, Zeitschrift für Planetenwissenschaft.
DOI: 10.3847/PSJ/ac01ec
